KR20020053117A - 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 하이브리드 전기 자동차 구동 시스템은 엔진에 연결된 크랭크 샤프트, 상기 크랭크 샤프트에 상기 엔진 토크의 리플을 상쇄하는 모터 토크를 생성하는 모터, 상기 모터 구동을 제어하는 모터 구동부; 및 상기 모터 구동부에 제어신호를 추력하는 제어부를 포함한다.

이때, 상기 모터 토크는 상기 엔진 토크의 기본 주파수와 동일 주파수이며, 위상이 180°인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 모터를 이용하여 엔진의 토크 리플의 기본 주파수와 동일 주파수이며 위상이 180°인 토크를 발생시킴으로써 엔진의 토크 리플을 능동적으로 보상할 수 있기 때문에 구동 시스템이 발생시키는 진동 또는 소음을 저감시킬 수 있다.

Description

하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템{A DRIVING SYSTEM OF HYBRID ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 하이브리드 전기 자동차(HYBRID ELECTRIC VEHICLE)의 구동 시스템에 관한 것으로서, 특히 병렬형 하이브리드 전기 자동차에서 모터를 이용한 엔진 토크 리플 저감을 위한 구동 시스템에 관한 것이다.

가솔린 엔진(디젤 및 LPG 엔진 포함)에서는 실린더 내부의 폭발에 의해 생성되는 압력이 피스톤의 상하 직선운동에 작용하는 힘으로 변환되고, 이 힘이 커넥팅 로드로 전달되어 크랭크 샤프트를 회전시키는 토크로 변환되고, 이 변환된 토크에의해 엔진이 구동된다. 이와 같은 가솔린 엔진의 구동 메카니즘의 특성으로 인하여 엔진 크랭크 샤프트의 축 토크는 도1에 도시한 바와 같이 매우 큰 리플 성분을 갖게 된다. 이 토크 리플의 크기는 엔진의 평균 발생 토크의 약 3∼10배에 해당하며 그 기본파의 주파수는 속도에 따라 변하며 다음의 수학식 1과 같다.

여기서, f_rip은 토크 리플의 기본파 주파수를 나타내며, m은 엔진의 실린더 수(기통수), RPM은 엔진의 회전속도를 나타낸다.

이러한 가솔린 엔진에서의 토크 리플은 차량 전체의 소음 및 진동의 주된 원인으로 작용하였다. 종래의 가솔린 엔진에서는 이 토클 리플을 제거하기 위해 엔진 크랭크 샤프트에 플라이 휠을 부착하는 방법을 사용하였다. 그러나, 플라이 휠을 사용하는 리플 제거방법에는 한계가 있었으며, 리플 제거 효과를 높이기 위해서는 더 큰 플라이 휠을 사용해야 한다는 문제점이 있었다.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 하이브리드 전기 자동차의 전기 모터를 이용하여 엔진의 토크 리플을 능동적으로 보상함으로써 구동 시스템이 발생시키는 진동 또는 소음을 저감시키기 위한 것이다.

도1은 종래 가솔린 엔진 구동에서 발생하는 엔진 토크 리플을 나타내는 도면이다.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템을 나타내는 도면이다.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 모터의 토크를 나타내는 도면이다.

도4는 본 발명의 실시예에 따라 보정된 토크를 나타내는 도면이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하이브리드 전기 자동차 구동 시스템은

엔진에 연결된 크랭크 샤프트; 상기 크랭크 샤프트에 상기 엔진 토크의 리플을 상쇄하는 모터 토크를 생성하는 모터; 상기 모터 구동을 제어하는 모터 구동부; 및 상기 모터 구동부에 제어신호를 추력하는 제어부를 포함한다.

여기서 상기 모터 토크는 상기 엔진 토크의 기본 주파수와 동일 주파수이며, 위상이 180°인 것이 바람직하다.

상기 엔진 토크의 기본 주파수 f_rip는

(여기서, m은 엔진의 실린더 수, RPM은 엔진의 회전속도)로 결정될 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템을 나타낸 도면이다.

도2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 다른 하이브리드 전기 자동차 구동 시스템은 엔진(10), 엔진에 연결된 크랭크 샤프트(20), 크랭크 샤프트에 회전력을 생성하는 모터(30), 모터 구동부(40), 제어부(50), 차속센서(60)를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차는 도2에 도시한 바와 같이 구동원으로서 엔진(10)과 모터(30)를 사용한다. 모터(30)는 모터 구동부(40)에 의해 구동되는데, 이 모터 구동부(40)는 제어부(50)의 제어신호에 의해 제어된다.

본 발명의 실시예의 하이브리드 전기 자동차에 따르면, 정지한 상태에서 엔진이 아이들 속도로 제어될 경우 모터(30)를 이용하여 도3과 같이 엔진 토크 리플(A)과 역방향의 모터 토크(B)(즉, 엔진 토크 리플과 위상이 180°차이나는 토크)를 발생시킨다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면 구동 시스템 전체적으로 바라보았을 때 차량에 미치는 보정된 토크는 도4의 (C)에 도시한 바와 같이 저감될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 엔진 토크에 180°의 위상을 가지는 모터 토크는 다음과 같은 방법에 의해 생성될 수 있다.

엔진 토크의 주기와 모터 토크의 주기는 일치하는 것이 바람직하다. 이를 위해서는 엔진 토크의 기본파 주파수를 정확히 계산해야 한다. 앞에서 설명한 바와 같이, 엔진 토크의 기본파 주파수는 수학식1에 의해 결정된다. 본 발명의 실시예에서는 차속센서(60)가 엔진의 회전속도를 감지한 후, 감지된 정보를 제어부(50)로 출력한다. 제어부(50)는 수학식 1에 기초하여 엔진 토크 리플의 기본파 주파수를 계산한 후, 엔진 토크 리플의 주파수와 동일하고 위상이 180°인 모터의 토크가 발생하도록 하는 제어신호를 모터 구동부(40)로 출력한다. 모터 구동부(40)는 이 제어신호에 따라 모터의 회전을 제어한다.

한편, 본 발명의 실시예에 따르면 전기 모터의 용량 및 제어 성능 등의 한계에 의하여 엔진 토크 리플을 완전히 상쇄시킬 수는 없으나, 적어도 기본파 성분은 제거할 수 있기 때문에 상당한 효과를 볼 수 있다. 또한 상쇄되지 못한 고주파수 성분은 종래 보다 작은 기계적 필터링 시스템(예컨대, 플라이 휠)을 통해 쉽게 저감시킬 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에만 한정되는 것은 아니며 그 외의 다양한 변형이나 변경이 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면 하이브리드 전기 자동차의 전기 모터를 이용하여 엔진의 토크 리플의 기본 주파수와 동일 주파수이며 위상이 180°인 토크를 발생시킴으로써 엔진의 토크 리플을 능동적으로 보상할 수 있기 때문에 구동 시스템이 발생시키는 진동 또는 소음을 저감시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서 완전히 상쇄되지 못한 고주파수 성분도 종래 보다 작은 기계적 필터링 시스템을 사용하여 쉽게 저감시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 엔진에 연결된 크랭크 샤프트;

   상기 크랭크 샤프트에 상기 엔진 토크의 리플을 상쇄하는 모터 토크를 생성하는 모터;

   상기 모터 구동을 제어하는 모터 구동부; 및

   상기 모터 구동부에 제어신호를 추력하는 제어부를 포함하는 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 모터 토크는 상기 엔진 토크의 기본 주파수와 동일 주파수이며, 위상이 180°인 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템.
3. 제2항에 있어서,

   상기 엔진 토크의 기본 주파수 f_rip는 다음의 식

   여기서, m은 엔진의 실린더 수, RPM은 엔진의 회전속도

   로 결정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   엔진의 회전속도를 감지한 후, 감지된 회전속도를 상기 제어부로 출력하는 차속센서를 추가로 포함하며,

   상기 제어부는 엔진 토크의 기본파 주파수를 계산한 후, 엔진 토크의 주파수와 동일하고 위상이 180°인 모터의 토크가 발생하도록 하는 제어신호를 상기 모터 구동부로 출력하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템.